微流体芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微流体芯片设计，该微流体芯片设计利用层流将粒子或细胞物质分离成各种成分和部分。
【背景技术】
[0002]1.发明领域
[0003]本发明涉及微流体芯片设计，该微流体芯片设计利用层流将粒子或细胞物质分离成各种成分和部分。
[0004]2.相关技术的描述
[0005]在各种粒子或细胞物质的分离方面(例如将精子分离成有活力的且活动的精子与没有活力的且非活动的精子、或按照性别分离)，在严格的体积限制条件下，该处理通常是耗时的任务。因此，例如现有分离技术不能产生所期望的效益，或者以适时方式处理细胞物质的体积。
[0006]因此，需要连续的、具有高生产力、提供时间节约并对各种分离的成分引起微不足道或最小的损坏的分离技术和分离装置。另外，这种装置和方法应当还应用到生物领域和医学领域，不仅仅应用到精子分类，而且应用到血液和其它细胞物质的分离，该其它细胞物质包括病毒、细胞器官、球状组织、胶状悬浮体和其它的生物物质。
【发明内容】
[0007]本发明涉及一种微流体芯片系统，其包括装载在微流体芯片盒上的微流体芯片，所述微流体芯片盒安装在微流体芯片保持器上。
[0008]在一个实施方式中，该微流体芯片包括多个层，多个通道设置在所述多个层中，所述多个通道包括:样本输入通道，具有待分离的成分的样本流体混合物被输入到所述样本输入通道中；多条第一鞘状流体通道，鞘状流体被输入到所述多条第一鞘状流体通道中，所述多条第一鞘状流体通道在第一交叉点处与所述样本输入通道交叉，使得所述鞘状流体在至少两侧上压缩所述样本流体混合物，从而所述样本流体混合物变成由所述鞘状流体限制边界的相对较小、较窄的液流，同时在所述样本输入通道中维持层流;多条第二鞘状流体通道，所述多条第二鞘状流体通道大体上具有与所述多条第一鞘状流体通道相同的规格，鞘状流体被输入到所述多条第二鞘状流体通道中，所述多条第二鞘状流体通道在所述样本输入通道的上方和下方大体上90度的第二方向上、在所述第一交叉点的下游的第二交叉点处与所述样本输入通道交叉，使得来自所述多条第二鞘状流体通道的所述鞘状流体压缩所述样本流体混合物，从而所述样本流体混合物中的所述成分被压缩并被取向在预定的方向上，同时仍然在所述样本输入通道中维持层流；以及多条输出通道，所述多条输出通道起源于所述样本输入通道，所述多条输出通道将所述成分和所述鞘状流体移出所述微流体芯片。
[0009]在一个实施方式中，该微流体芯片包括质询装置，所述质询装置在质询腔室中质询并识别在所述样本输入通道中的所述样本流体混合物中的所述成分，所述质询腔室设置在所述第二交叉点的下游。
[0010]在一个实施方式中，该微流体芯片包括分离机构，所述分离机构通过使所述样本输入通道中的所述样本流体混合物的液流的轨迹移动、并将已移动的所述样本流体混合物的液流中的所选择的所述成分推入从所述质询腔室引导的所述多条输出通道中的一条输出通道中，而在所述质询腔室的下游分离所述样本流体混合物中所选择的所述成分。
[0011]在一个实施方式中，该微流体芯片还包括至少一个喷射腔室，所述至少一个喷射腔室容纳通过至少一个空气通风口引入到所述喷射腔室中的鞘状流体；以及至少一条喷射通道，所述至少一条喷射通道连接到所述至少一个喷射腔室，所述至少一条喷射通道在所述质询腔室处进入所述样本输入通道。
[0012]在一个实施方式中，所述分离机构包括至少一个压电致动器组件，所述至少一个压电致动器组件设置在所述样本输入通道的至少一侧上。
[0013]在一个实施方式中，所述压电致动器组件为外部堆叠的压电致动器组件。
[0014]在一个实施方式中，该微流体芯片还包括膜片，所述膜片覆盖每一个所述喷射腔室;并且其中，所述外部堆叠的压电致动器组件与所述膜片对准并使所述膜片移动，以将所述喷射腔室中的所述鞘状流体驱动到所述样本输入通道中，以使所述样本输入通道中的所述样本流体混合物的所述液流的所述轨迹移动到所述多条输出通道中的一条输出通道中。
[0015]在一个实施方式中，所述外部堆叠的压电致动器组件设置在微流体芯片保持器中。
[0016]在一个实施方式中，该微流体芯片还包括连接到所述压电致动器组件的电子电路，所述电子电路放大由来自与所述膜片接触的所述压电致动器的阻力所生成的电信号。
[0017]在一个实施方式中，来自所述压电膜的电信号表明通过所述外部堆叠的压电致动器组件生成多少应变。
[0018]在一个实施方式中，当在所述压电致动器与所述膜片之间形成接触时，自动开启接触的指示器。
[0019]在一个实施方式中，当进行所述接触的感测时，所述电信号超过设定的阈值，并且压电致动器组件压缩喷射腔室，以将鞘状流体从喷射腔室喷射到样本流体通道中。
[0020]在一个实施方式中，接触的指示器包括光、声、触觉或其任何组合。
[0021]在一个实施方式中，所述压电致动器组件包括柔性膜片，所述柔性膜片覆盖所述喷射腔室；以及压电材料，所述压电材料通过粘接机构黏合在所述膜片的顶表面上。
[0022]在一个实施方式中，当在所述压电致动器组件的电极的两端施加电压时，所述柔性膜片弯曲到所述喷射腔室中，并将所述鞘状流体从所述喷射腔室挤压到所述样本输入通道中，以使所选择的成分偏转到所述多条输出通道中的一条输出通道中。
[0023]在一个实施方式中，当所述喷射通道连接到所述样本输入通道时，所述喷射通道成锥形。
[0024]在一个实施方式中，该微流体芯片还包括设置在所述多条输出通道的端部处的多个输出口。
[0025]在一个实施方式中，所述多条输出通道的规格从所述样本输入通道起增大。
[0026]在一个实施方式中，该微流体芯片还包括设置在所述微流体芯片的底边缘处的、用于隔开所述多个输出口的多个缺口。
[0027]在一个实施方式中，所述样本输入通道和所述多条鞘状通道设置在所述微流体芯片的一个或多个平面中。
[0028]在一个实施方式中，所述样本输入通道和所述多条鞘状通道设置在所述微流体芯片的一个或多个结构层中或设置在所述微流体芯片的结构层与结构层之间。
[0029]在一个实施方式中，所述多条鞘状通道中的至少一者设置在与设置有所述样本输入通道的平面不同的平面中。
[0030]在一个实施方式中，所述多条鞘状通道中的至少一者设置在与设置有所述样本输入通道的结构层不同的结构层中。
[0031]在一个实施方式中，所述样本输入通道在进入与所述多条鞘状通道的所述第一交叉点中的入口点处成锥形。
[0032]在一个实施方式中，所述样本输入通道成锥形进入所述质询腔室中。
[0033]在一个实施方式中，在所述第一交叉点或所述第二交叉点中的至少一者处，所述多条鞘状流体通道在进入所述样本输入通道中的入口点处成锥形。
[0034]在一个实施方式中，所述质询腔室包括穿过所述微流体芯片中的所述结构层切割的开口；以及顶部窗口被配置成容纳在所述结构层中的至少一层中的开口中的第一覆盖物；以及底部窗口被配置成容纳在所述结构层中的至少一层中的开口中的第二覆盖物。
[0035]在一个实施方式中，所述质询腔室包括穿过所述微流体芯片中的所述平面切割的开口；以及顶部窗口被配置成容纳在所述微流体芯片的所述平面中的至少一个平面中的开口中的第一覆盖物；以及底部窗口被配置成容纳在所述微流体芯片的所述平面中的至少一个平面中的开口中的第二覆盖物。
[0036]在一个实施方式中，所述质询装置包括光源，所述光源配置成发出穿过第一覆盖物的光束，以照射并刺激所述样本流体混合物中的所述成分;并且其中由所述光束所诱发的发射光穿过第二覆盖物并被物镜接收。
[0037]在一个实施方式中，所述质询装置包括光源，所述光源配置成发出穿过所述微流体芯片的结构层的光束，以照射并刺激所述样本流体混合物中的所述成分;并且其中由所述光束所诱发的发射光被物镜接收。
[0038]在一个实施方式中，所述质询装置包括光源，所述光源配置成发出穿过所述微流体芯片的所述平面的光束，以照射并刺激所述样本流体混合物中的所述成分;并且其中由所述光束所诱发的发射光被物镜接收。
[0039]在一个实施方式中，被所述物镜接收的所述发射光被转换成触发所述压电致动器组件的电信号。
[0040]在一个实施方式中，所述样本流体混合物或所述鞘状流体中的一者被栗送装置栗送到所述微流体芯片中。
[0041 ]在一个实施方式中，外部管道将流体传递到所述微流体芯片。
[0042]在一个实施方式中，所述成分为细胞。
[0043]在一个实施方式中，其中，待分离的所述细胞包括以下中的至少一者:与没有活力的且非活动的精子分离的有活力的且活动的精子;按照性别和其它性别分类变型方式分离的精子;从细胞群中分离的干细胞;与包括精子细胞的没有标签的细胞分离的一个或多个有标签的细胞;通过期望的或非期望的特性进行区分的包括精子细胞的细胞;根据规定的特征在核DNA中分离的基因；基于表面标记分离的细胞;基于膜完整性或生存能力分离的细胞;基于潜在的或预测的生殖状态分离的细胞;基于冷冻后存活的能力分离的细胞;与污染物或碎片分离的细胞;与受损细胞分离的健康细胞;血浆混合物中与白细胞和血小板分离的红细胞;或者与任何其它细胞成分分离成对应部分的任何细胞。
[0044]在一个实施方式中，已分离的成分被移动到所述多条输出通道中的一条输出通道中，并且未被选择的成分穿过所述多条输出通道中的另一条输出通道而流出。
[0045]在一个实施方式中，该微流体芯片还包括计算机，所述计算机控制将所述样本流体混合物或所述鞘状流体中的一者栗送到所述微流体芯片中。
[0046]在一个实施方式中，该微流体芯片还包括计算机，所述计算机显示在由CCD照相机所捕获的视野中的所述成分，所述CCD照相机设置在所述微流体芯片中的所述开口之上。
[0047]在一个实施方式中，微流体芯片系统包括:装载在微流体芯片盒上的微流体芯片，所述微流体芯片盒安装在微流体芯片保持器上，所述微流体芯片具有用于将样本流体引入到所述微流体芯片中的样本输入口，以及用于将鞘状流体引入到所述微流体芯片中的鞘状输入口 ；以及栗送机构，所述栗送机构将所述样本流体从储液器栗送到所述微流体芯片的所述样本输入口中，并且将所述鞘状流体栗送到所述微流体芯片的所述鞘状输入口中。
[0048]在一个实施方式中，一种取向并分离流体混合物中的成分的方法，所述方法包括:将包含成分的样本流体混合物输入到微流体芯片的样本输入通道中；将鞘状流体输入到所述微流体芯片的多条第一鞘状流体通道中，在所述多条第一鞘状流体通道与所述样本输入通道的第一交叉点处，来自所述第一鞘状流体通道的所述鞘状流体结合所述样本输入通道中的所述样本流体混合物;其中，来自所述第一鞘状流体通道的所述鞘状流体在一个方向上压缩所述样本输入通道中的所述样本流体混合物，以使所述样本流体混合物中的所述成分围绕所述样本输入通道的中心聚焦；以及将鞘状流体输入到所述微流体芯片的多条第二鞘状流体通道中，在所述第一交叉点的下游，在所述多条第二鞘状流体通道与所述样本输入通道的第二交叉点处，来自所述多条第二鞘状通道的所述鞘状流体结合所述样本输入通道中的所述样本流体混合物;其中，在所述第二交叉点处，来自所述多条第二鞘状流体通道的所述鞘状流体还在第二方向上压缩所述样本流体混合物，使得在所述成分流经所述样本输入通道时，将所述成分聚焦并对准所述样本输入通道在宽度和深度上的中心；以及其中，所述鞘状流体对所述成分施加作用，以在所述成分流经所述样本流体通道时将所述成分压缩并取向在所选择的方向上。
[0049]因此已经概述了根据本发明的一些特征，以便可以更好理解以下对这些特征的详细描述，并且以便可以更好地领会对现有技术的贡献。当然，根据本发明的额外的特征将在以下描述并将形成所附权利要求的主题。
[0050]在这一方面，在详细阐述根据本发明的至少一个实施方式之前，将理解的是，本发明并不限于其应用到以下说明书中所提出的或附图中所图示的构造的细节和部件的布置。根据本发明的方法和装置能够有其它的实施方式并以各种方式实践和执行。另外，将理解的是，本文所使用的措辞和术语以及以下所包括的摘要是为了描述的目的，并不应当被认为是限制的。
[0051]同样地，本领域技术人员将领会的是，本发明基于的构思可以容易地被利用为用于实现本发明的数个目的的其它的结构、方法和系统的设计基础。因此重要的是，权利要求被认为包括等同结构，只要这些等同结构不脱离根据本发明的方法和装置的精神和范围。
【附图说明】
[0052]当结合附图考虑时，参照以下公开内容将更容易领会本发明的目的、特征和优点，其中:
[0053]图1示出了根据本发明的一个实施方式的微流体芯片的图示实施